Java 类加载之匿名类和主类相互依赖问题

qestion

/**
 * classinitializedorder for : java classload order test
 *
 * @author <a href="mailto:[e-mail]">isaac.zhang | 若初</a>
 * @since 2019/7/20
 */
// case 1  
public class classinitializedorder {
    private static boolean initialized = false;
    static {
        println("static 代码块执行。");
        thread thread = new thread(() -> initialized = true);
        thread.start();
        try {
            thread.join();
        } catch (interruptedexception e) {
            e.printstacktrace();
        }
    }

    public static void main(string[] args) {
        println("main 函数执行。");
        system.out.println("initialized = " + initialized);
    }

    private static void println(object o){
        system.out.println(o);
    }
}

-------------------------------------------------------------------
// case 2    
public class classinitializedorder {
    private static boolean initialized = false;
    static {
        println("static 代码块执行。");
        thread thread = new thread(new runnable() {
            @override
            public void run() {
                println("runnable 代码块执行。");
                initialized = true;
            }
        });
        thread.start();
        try {
            thread.join();
        } catch (interruptedexception e) {
            e.printstacktrace();
        }
    }

    public static void main(string[] args) {
        println("main 函数执行。");
        system.out.println("initialized = " + initialized);
    }

    private static void println(object o){
        system.out.println(o);
    }

answer

• a: initialized = true
• b: initialized = false
• c: 编译错误
• d: 以上答案都是错的

explain

程序执行的时候，app classloader 会首先加载classinitializedorder.class, 按照类的顺序依次执行。

private static boolean initialized = false;

case 1

我们都知道，static块会在类加载的时候初始化，那么下一步会执行到thread thread = new thread(() -> initialized = true);我们先来看一下当前行的字节码：

static {};
    descriptor: ()v
    flags: acc_static
    code:
      stack=3, locals=2, args_size=0
         0: iconst_0
         1: putstatic     #7                  // field initialized:z
         4: new           #11                 // class java/lang/thread
         7: dup
         8: invokedynamic #12,  0             // invokedynamic #0:run:()ljava/lang/runnable;
        13: invokespecial #13                 // method java/lang/thread."<init>":(ljava/lang/runnable;)v
        16: astore_0
        17: aload_0
        18: invokevirtual #14                 // method java/lang/thread.start:()v
        21: aload_0
        22: invokevirtual #15                 // method java/lang/thread.join:()v
        25: goto          33
        28: astore_1
        29: aload_1
        30: invokevirtual #17                 // method java/lang/interruptedexception.printstacktrace:()v
        33: return

分析#12可以看到当前行的处理需要()也就是改匿名类本身来处理，invokedynamic指令的在当前的执行又依赖于当前所处的主类，主类并没有执行结束，因此它需要等待主类执行结束，因此会在此停顿，如下：

case 2

继续查看字节码：

 static {};
    descriptor: ()v
    flags: acc_static
    code:
      stack=4, locals=2, args_size=0
         0: iconst_0
         1: putstatic     #1                  // field initialized:z
         4: ldc           #14                 // string static 代码块执行。
         6: invokestatic  #2                  // method println:(ljava/lang/object;)v
         9: new           #15                 // class java/lang/thread
        12: dup
        13: new           #16                 // class com/sxzhongf/daily/question/july/classinitializedorder$1
        16: dup
        17: invokespecial #17                 // method com/sxzhongf/daily/question/july/classinitializedorder$1."<init>":()v
        20: invokespecial #18                 // method java/lang/thread."<init>":(ljava/lang/runnable;)v
        23: astore_0
        24: aload_0
        25: invokevirtual #19                 // method java/lang/thread.start:()v
        28: aload_0
        29: invokevirtual #20                 // method java/lang/thread.join:()v
        32: goto          40
        35: astore_1
        36: aload_1
        37: invokevirtual #22                 // method java/lang/interruptedexception.printstacktrace:()v
        40: return

查看#16,我们可以看到这里变成了new #16 // class com/sxzhongf/daily/question/july/classinitializedorder$1,可以明显看到从之前的invokedynamic 变成了 new 一个匿名类，那么它的结果呢？

依然还是block.我们来换一行代码试试？

public class classinitializedorder {
    private static boolean initialized = false;
    static {
        println("static 代码块执行。");
        thread thread = new thread(new runnable() {
            @override
            public void run() {
                //println("runnable 代码块执行。");
                system.out.println("runnable 代码块执行。");
                //initialized = true;
            }
        });
        thread.start();
        try {
            thread.join();
        } catch (interruptedexception e) {
            e.printstacktrace();
        }
    }

我们看到我们只是修改了一行代码system.out.println("runnable 代码块执行。");，那么结果呢？

执行成功的返回了。为什么？继续查看字节码

 static {};
    descriptor: ()v
    flags: acc_static
    code:
      stack=4, locals=2, args_size=0
         0: iconst_0
         1: putstatic     #9                  // field initialized:z
         4: ldc           #14                 // string static 代码块执行。
         6: invokestatic  #3                  // method println:(ljava/lang/object;)v
         9: new           #15                 // class java/lang/thread
        12: dup
        13: new           #16                 // class com/sxzhongf/daily/question/july/classinitializedorder$1
        16: dup
        17: invokespecial #17                 // method com/sxzhongf/daily/question/july/classinitializedorder$1."<init>":()v
        20: invokespecial #18                 // method java/lang/thread."<init>":(ljava/lang/runnable;)v
        23: astore_0
        24: aload_0
        25: invokevirtual #19                 // method java/lang/thread.start:()v
        28: aload_0
        29: invokevirtual #20                 // method java/lang/thread.join:()v
        32: goto          40
        35: astore_1
        36: aload_1
        37: invokevirtual #22                 // method java/lang/interruptedexception.printstacktrace:()v
        40: return

查看#16,看到的还是new了一个匿名类，和上一个是一样的，为什么就可以成功呢？这个在于当前匿名类中没有依赖主类的代码信息。不存在上下依赖，那么就不会出现相互等待的情况发生，当然也就不会出现block。

那么就有朋友会问，为什么会相互等待呢?这里和我们join就有关联了，我们来看一下它的实现代码。

public final synchronized void join(long millis)
    throws interruptedexception {
        long base = system.currenttimemillis();
        long now = 0;

        if (millis < 0) {
            throw new illegalargumentexception("timeout value is negative");
        }

        if (millis == 0) {
            while (isalive()) {
                wait(0);
            }
        } else {
            while (isalive()) {
                long delay = millis - now;
                if (delay <= 0) {
                    break;
                }
                wait(delay);
                now = system.currenttimemillis() - base;
            }
        }
    }

我们可以看到，首先它是synchronized关键词修饰的，那就说明它同时只能被一个线程访问，再往下看，我们能发现，join的具体实现，其实就是wait()来实现，当子线程中的程序再等待main线程的实现类初始化完成的时候，又依赖了主线程中的某些元素对象。那么就会开始等待主线程初始化完成，这个时候，根据classloader加载类的执行顺序，在#16就会开始等待，那么主类无法初始化完成，造成相互等待现相。

result

• 匿名内置类的初始化不能依赖于外部类的初始化
• lambda表达式中invokedynamic作为主类字节码的一部分，需要等待主类初始化完成才能开始执行

总之，在类的初始化阶段，不能出现内置类（匿名/lambda）和主类初始化中相互依赖的对象